專利名稱：中厚及以上煤層的巷道式充填開采方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種中厚及以上煤層的巷道式充填開采方法，適用于厚度在2米及以上的煤層，屬于煤炭開采充填領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
長期以來，煤炭資源的地下開采普遍存在兩大問題一是地表沉降的控制程度； 二是“三下”壓煤的采區(qū)回采率；三是充填開采法的生產(chǎn)效率降低。目前，地表沉降的控制方法主要是充填法和部分開采法。現(xiàn)行的充填法主要有水沙、矸石、膏體和似膏體等四種方式，這些方式，雖然使煤層開采后帶來的地表沉降得到了有效控制，但是難以將其控制在允許的最小程度之內(nèi)且不同程度地降低了生產(chǎn)效率?，F(xiàn)行的部分開采法主要有條帶式和房柱式，這些方式，雖然能將煤層開采后帶來的地表沉降控制在允許的最小程度之內(nèi)，但采區(qū)回采率不足50 %，一半以上的資源儲量無法利用。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠?qū)⒚簩娱_采后帶來的地表沉降控制在允許的最小程度之內(nèi)并將“三下”壓煤的采區(qū)回采率提高到 95%以上的中厚及以上煤層的巷道式充填開采方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種中厚及以上煤層的巷道式充填開采方法，其特征在于該方法按下述步驟進(jìn)行①在煤層傾斜方向的上部邊界位置沿煤層頂板布置采區(qū)運(yùn)輸巷和采區(qū)回風(fēng)巷，形成采區(qū)回風(fēng)系統(tǒng)；②通過理論計算和現(xiàn)場觀測，確認(rèn)老頂?shù)某醮蝸韷翰骄郃和周期來壓步距B，設(shè)計留空巷開采寬度為N，使B < N < A，設(shè)計充填巷開采寬度為M，使M < N,留空巷和充填巷間隔設(shè)置；③使用掘錨一體機(jī)或連續(xù)采煤機(jī)依次對充填巷進(jìn)行開采；④利用流體膨脹材料對充填巷采空區(qū)進(jìn)行全部充填，具體充填方法如下a、撤出開采設(shè)備，清凈浮煤；b、在充填巷采空區(qū)的開門口處砌筑擋墻，并在擋墻的頂部預(yù)留一個充填口，擋墻與兩側(cè)未開采的留空巷形成充填巷的充填區(qū)；C、通過充填管路將流體膨脹材料從擋墻的充填口輸送到充填巷的充填區(qū)，充填區(qū)充滿后，將充填口密封；⑤當(dāng)一個區(qū)段的所有充填巷采完并充填后，按充填巷的開采順序采用掘錨一體機(jī)或連續(xù)采煤機(jī)依次開采留空巷，根據(jù)地面建筑物保護(hù)等級的要求，確定對留空巷采空區(qū)進(jìn)行全部充填、部分充填或不充填，充填時充填材料選用流體膨脹材料，具體充填方法如下a、撤出開采設(shè)備，清凈浮煤；b、在留空巷采空區(qū)的開門口處砌筑擋墻，并在擋墻的頂部預(yù)留一個充填口，擋墻與兩側(cè)充填巷的充填體形成留空巷的充填區(qū)；C、通過充填管路將流體膨脹材料從擋墻的充填口輸送到留空巷的充填區(qū)，充填區(qū)充滿后，將充填口密封。所述的步驟③開采充填巷時，為提高單位時間內(nèi)的采出量，可以間隔布置多臺掘錨一體機(jī)同時開采。所述步驟④中的充填工作，既可以在每采完一條充填巷后進(jìn)行一次充填，也可以在幾條或所有充填巷采完后集中充填。所述的步驟⑤開采留空巷時，為提高單位時間內(nèi)的采出量，可以間隔布置多臺掘錨一體機(jī)或連續(xù)采煤機(jī)同時開采，充填時，既可以在每采完一條留空巷后進(jìn)行一次充填，也可以在幾條或所有留空巷采完后集中充填。所述流體膨脹材料是由基料、膨脹劑、延緩劑、固化劑和水組成的料漿，固液質(zhì)量比為1 1.2 1.5，膨脹率為30%以下，各原料按以下配比組成
基料300 400kg/m3膨脹劑0.2 lkg/m3延緩劑0.6~0.8kg/m3固化劑30 100kg/m3水800 1000kg/m:其中，所述的基料是粉煤灰、尾礦、赤泥和風(fēng)積沙中的一種或幾種，膨脹劑是鎂粉或鋁粉，延緩劑是石膏粉，固化劑是石灰、水泥和爐渣的一種或幾種。流體膨脹材料在充填結(jié)束后，2小時開始固化，8小時固化結(jié)束并實現(xiàn)30%以下的體積膨脹達(dá)到充分接頂，24小時達(dá)到支撐強(qiáng)度1. 5Mpa, 28天達(dá)到最終強(qiáng)度IOMpa以上。因此，可以滿足及時充填、快速凝固、充分接頂?shù)囊蟆＞拖駱蚨蘸蜆蛄阂粯?，通過充填材料對上覆巖層的有效支撐，達(dá)到控制地表變形程度的目的。本方法控制頂板的原理是開采充填巷時由未開采的留空巷作為煤柱支撐頂板， 由于充填巷的開采寬度小于老頂?shù)某醮蝸韷翰骄啵煽諈^(qū)的頂板不會垮落；開采留空巷時由充填體(流體膨脹材料)支撐頂板，由于其開采寬度也小于老頂?shù)某醮蝸韷翰骄?，采空區(qū)的頂板同樣不會垮落。因此，該方法能夠保證頂板在整個開采過程中保持原始的地質(zhì)力學(xué)平衡狀態(tài)，從而把地表的沉降變形控制在允許的最小程度之內(nèi)。除此之外，擋墻厚度按250毫米 500毫米設(shè)計，并采取防滲漏措施。擋墻頂部的預(yù)留充填口尺寸和形狀需要根據(jù)實際情況現(xiàn)場決定，一般采用300毫米 500毫米的圓孔或方孑L。本發(fā)明適用于中厚及以上的煤層。在采區(qū)煤層的傾斜方向上部的邊界位置沿煤層頂板布置采區(qū)運(yùn)輸巷和采區(qū)回風(fēng)巷，形成采區(qū)的回風(fēng)系統(tǒng)；依據(jù)煤層老頂?shù)某醮慰迓洳骄嗬碚摚凑粘涮钕镄∮诹艨障锏脑瓌t，分別確定充填巷和留空巷的開采寬度；采用掘錨一體機(jī)或連續(xù)采煤機(jī)依次對充填巷和留空巷以掘進(jìn)的形式進(jìn)行開采和充填——首先對充填巷進(jìn)行開采，其采空區(qū)利用流體膨脹材料進(jìn)行全部充填，充填體固化并達(dá)到強(qiáng)度后，再對留空巷進(jìn)行開采，其采空區(qū)根據(jù)地面建筑物保護(hù)等級的要求，確定全部重填、部分充填或不充填。本方法可以將煤層開采后帶來的地表沉降控制在允許的最小程度之內(nèi)，并將“三下”壓煤的采區(qū)回采率提高到95%以上，屬于中厚及以上煤層開采充填技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所具有的有益效果是提供一種中厚及以上煤層的巷道式充填開采方法， 適用于厚度在2米及以上煤層的充填開采，本方法能保護(hù)地面建筑物和其它附著物不發(fā)生斑裂、斷裂、倒塌等破壞現(xiàn)象；將原有的不可采儲量變?yōu)榭刹蓛α?，提高煤炭資源的利用率和延長礦井的服務(wù)年限；減少采區(qū)的回采巷道，降低直接生產(chǎn)成本；通過布置多條充填巷或留空巷進(jìn)行同時作業(yè)，實現(xiàn)與長壁回采工藝同等的生產(chǎn)效率。


圖1是待開采煤層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是充填巷開采后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是充填巷充填后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是留空巷開采后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、充填巷；2、留空巷；3、充填巷采空區(qū)；4、擋墻；5、流體膨脹材料；6、留空巷采空區(qū)；7、采區(qū)運(yùn)輸巷；8、采區(qū)回風(fēng)巷
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例做進(jìn)一步描述如圖1 4所示，具體結(jié)合厚度為2. 6 3. 2米的10_3煤層巷道式充填開采對本發(fā)明作具體說明①頂板巖性分析及充填尺寸確定10-3煤層厚度2. 6 3. 2米，平均3米；傾角6° 11°，平均8° ；瘦煤。底板為 1. 2米厚的炭質(zhì)泥巖，頂板為4. 5米厚的粉砂巖。經(jīng)開采實測，初次來壓步距A為25 30 米，周期來壓步距B為15 20米。安全起見，設(shè)計開采的充填巷寬度N為12米，留設(shè)的留空巷寬度M為15米，充填巷1和留空巷2間隔設(shè)置。②在煤層傾斜方向的上部邊界位置沿煤層頂板布置采區(qū)運(yùn)輸巷7和采區(qū)回風(fēng)巷 8，形成采區(qū)回風(fēng)系統(tǒng)。采用掘錨一體機(jī)開采充填巷，開采過程中對頂板進(jìn)行錨桿支護(hù)，錨桿間排距為1米X 1米，間隔10米布置一組錨索，錨索長度為6米，間距1米。為提高生產(chǎn)效率，間隔五個留空巷2布置兩臺掘錨一體機(jī)同時開采兩個充填巷，月進(jìn)度850米，產(chǎn)煤4. 25 萬噸。③利用流體膨脹材料5對充填巷采空區(qū)3進(jìn)行全部充填。充填前，先撤出掘錨一體機(jī)及其它輔助設(shè)備，清凈浮煤；在充填巷采空區(qū)3的開門口距采區(qū)運(yùn)輸巷0. 5米處砌筑0. 4 米厚的擋墻4，由擋墻4和充填巷兩側(cè)的留空巷2形成充填巷的充填區(qū)；在擋墻的頂部預(yù)留一個300毫米X300毫米的充填孔；用200#水泥砂漿抹逢、周邊掏槽防滲漏。擋墻固結(jié)M 小時后，使用流體膨脹材料進(jìn)行充填。充填時，使用直徑159毫米超高分子量聚乙烯內(nèi)襯無縫鋼管作為充填管，流量每小時220立方米，連續(xù)充填至料漿液位達(dá)到預(yù)留的充填口下沿時停止充填，封堵充填口。所述流體膨脹材料是由基料、膨脹劑、延緩劑、固化劑和水組成的料漿。基料選用粉煤灰、赤泥和尾砂；膨脹劑選用鎂粉，延緩劑選用石膏粉，固化劑選用水泥和爐渣，各原料按以下配比組成粉煤灰、赤泥和尾砂300 400kg，鎂粉0. 2 1kg，石膏粉0. 6 0. 8kg， 水泥和爐渣30 100kg，水800 1000kg。充填料漿固液質(zhì)量比為1 1.4，膨脹率為13 22%。充填后2小時開始固化，8小時固化結(jié)束并實現(xiàn)13 22%的體積膨脹達(dá)到充分接頂， 24小時達(dá)到支撐強(qiáng)度1. 53Mpa, 28天達(dá)到最終強(qiáng)度18. 7Mpa。④第一個區(qū)段的所有充填巷采完并充填后，開采留空巷。由于地面建筑物保護(hù)等級為三級，對留空巷采空區(qū)6的采空區(qū)不再充填。第一個區(qū)段利用巷道式開采部分充填的方法，在采高3米、傾角8°、埋深340米的情況下，采用45%的充填率對采空區(qū)充填后達(dá)到以下效果地表沉降平均為6. 5毫米，沒有導(dǎo)致村莊房屋、道路、農(nóng)田發(fā)生破壞現(xiàn)象；采區(qū)回采率達(dá)到98. 7%，比傳統(tǒng)的條帶式開采工藝提高50%左右。
權(quán)利要求
1.一種中厚及以上煤層的巷道式充填開采方法，其特征在于該方法按下述步驟進(jìn)行①在煤層傾斜方向的上部邊界位置沿煤層頂板布置采區(qū)運(yùn)輸巷和采區(qū)回風(fēng)巷，形成采區(qū)回風(fēng)系統(tǒng)；②通過理論計算和現(xiàn)場觀測，確認(rèn)老頂?shù)某醮蝸韷翰骄郃和周期來壓步距B，設(shè)計留空巷開采寬度為N，使B ≤ N ≤ A，設(shè)計充填巷開采寬度為M，使M ≤ N,留空巷和充填巷間隔設(shè)置；③使用掘錨一體機(jī)或連續(xù)采煤機(jī)依次對充填巷進(jìn)行開采；④利用流體膨脹材料對充填巷采空區(qū)進(jìn)行全部充填，具體充填方法如下a、撤出開采設(shè)備，清凈浮煤；b、在充填巷采空區(qū)的開門口處砌筑擋墻，并在擋墻的頂部預(yù)留一個充填口，擋墻與兩側(cè)未開采的留空巷形成充填巷的充填區(qū)；C、通過充填管路將流體膨脹材料從擋墻的充填口輸送到充填巷的充填區(qū)，充填區(qū)充滿后，將充填口密封；⑤當(dāng)一個區(qū)段的所有充填巷采完并充填后，按充填巷的開采順序采用掘錨一體機(jī)或連續(xù)采煤機(jī)依次開采留空巷，根據(jù)地面建筑物保護(hù)等級的要求，確定對留空巷采空區(qū)進(jìn)行全部充填、部分充填或不充填，充填時充填材料選用流體膨脹材料，具體充填方法如下a、撤出開采設(shè)備，清凈浮煤；b、在留空巷采空區(qū)的開門口處砌筑擋墻，并在擋墻的頂部預(yù)留一個充填口，擋墻與兩側(cè)充填巷的充填體形成留空巷的充填區(qū)；C、通過充填管路將流體膨脹材料從擋墻的充填口輸送到留空巷的充填區(qū)，充填區(qū)充滿后，將充填口密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中厚及以上煤層的巷道式充填開采方法，其特征在于所述的步驟③開采充填巷時，可以間隔布置多臺掘錨一體機(jī)同時開采。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中厚及以上煤層的巷道式充填開采方法，其特征在于所述步驟④中的充填工作，既可以在每采完一條充填巷后進(jìn)行一次充填，也可以<在幾條或所有充填巷采完后集中充填。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中厚及以上煤層的巷道式充填開采方法，其特征在于所述的步驟⑤開采留空巷時，可以間隔布置多臺掘錨一體機(jī)或連續(xù)采煤機(jī)同時開采，充填時，既可以在每采完一條留空巷后進(jìn)行一次充填，也可以在幾條或所有留空巷采完后集中充填。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中厚及以上煤層的巷道式充填開采方法，其特征在于所述流體膨脹材料是由基料、膨脹劑、延緩劑、固化劑和水組成的料漿，固液質(zhì)量比為1 1.2 1.5，膨脹率為30%以下，各原料按以下配比組成基料300 400kg/m3膨脹劑0.2 lkg/m3延緩劑0.6~0.8kg/m3固化劑30 100kg/m3水800 1000kg/m:
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的中厚及以上煤層的巷道式充填開采方法，其特征在于所述的基料是粉煤灰、尾礦、赤泥和風(fēng)積沙中的一種或幾種，膨脹劑是鎂粉或鋁粉，延緩劑是石膏粉，固化劑是石灰、水泥和爐渣的一種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明屬于煤炭開采充填領(lǐng)域，特別涉及一種中厚及以上煤層的巷道式充填開采方法，該方法依據(jù)煤層老頂?shù)某醮慰迓洳骄嗬碚摚凑粘涮钕镄∮诹艨障锏脑瓌t，分別確定充填巷和留空巷的開采寬度，采用掘錨一體機(jī)或連續(xù)采煤機(jī)依次對充填巷和留空巷以掘進(jìn)的形式進(jìn)行開采和充填，首先對充填巷進(jìn)行開采，其采空區(qū)利用流體膨脹材料進(jìn)行全部充填，充填體固化并達(dá)到強(qiáng)度后，再對留空巷進(jìn)行開采，其采空區(qū)根據(jù)地面建筑物保護(hù)等級的要求，確定全部重填、部分充填或不充填。本方法可以將煤層開采后帶來的地表沉降控制在允許的最小程度之內(nèi)，并將“三下”壓煤的采區(qū)回采率提高到95％以上，同時能減少采區(qū)的回采巷道，降低直接生產(chǎn)成本。
文檔編號E21F15/04GK102155226SQ201110070870
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者劉樹江, 李志佩, 王向宏, 王德良, 王葦, 王龍珍, 石建新, 路連營, 韓吉玉 申請人:淄博市王莊煤礦